COMBUSTIBLES Combustible es toda sustancia que combinada con el oxígeno del aire, produce luz, calor y desprendimiento de gases. Existen tres tipos de combustibles: A) Sólidos B) Líquidos C) Gaseosos Combustibles sólidos Son aquéllos que se encuentran en su fase sólida. El carbón mineral, que se encuentra diseminado en depósitos fósiles en dos clases generales que son: carbón antracita y carbón bituminoso. El coque es una sustancia sólida que resulta después de quemar el carbón mineral en hornos especiales. Existen otros combustibles sólidos que son: la madera, las cortezas, la paja, la brea, el aserrín, el bagazo de caña, etc. Durante mucho tiempo, este tipo de combustibles fue la fuente de producción energética del hombre en la antigüedad. Combustibles líquidos Petróleo crudo: es una mezcla líquida de una gran cantidad de hidrocarburos sólidos y gaseosos disueltos en otros. Hidrocarburos líquidos, aparte de otros compuestos de azufre (S), oxígeno (O) y nitrógeno (N) que suelen variar entre los siguientes límites: Carbono (C) varía entre 83 y 87 % Hidrógeno (H) varía entre 10 y 14 % Oxígeno (O), generalmente inferior a 3% Nitrógeno (N), generalmente inferior a 1% Azufre (S), generalmente inferior a 2% Propiedades físicas del petróleo crudo Densidad. A una temperatura de 15°C varía de 0.88 a 1 y el coeficiente de dilatación es aproximadamente de 6.3 x 10-5 por cada grado centígrado. Color: Es muy variable, de amarillo claro a casi negro, va en proporción directa con la densidad, correspondiente a mayor densidad de un color más oscuro. Olor: Depende generalmente de la cantidad de azufre que contenga. Mientras mayor sea la cantidad de azufre, más olor se tendrá. Viscosidad. Es muy variable también y va en relación proporcional con la temperatura. Para todos los casos, la viscosidad disminuirá si aumenta la temperatura. Calor Específico. Es también muy variable y va de 0.45 a 0.55. Para casos prácticos se toma una media de 0.5 kJ/kg*K. Poder calorífico. Varía de 10,000 a 11,500 kcal/kg. Variedad en petróleos En la producción mundial, encontramos tres principales variedades de petróleo: 1.- Parafínicos 2.- Asfálticos 3.- Mixtos 1.- Se da el nombre de petróleos parafínicos cuando los residuos resultantes de la destilación contienen una gran cantidad de hidrocarburos de la serie parifínica (E.U.). 2.- Es la misma definición que para los parafiníticos con la excepción de que los hidrocarburos son de la serie de los asfálticos, nafténicos o aromáticos (México). 3.- Como el nombre lo indica, contienen los dos tipos de hidrocarburos (Argentina). Los combustibles líquidos industriales (petróleo diáfano, gasolina, diesel y petróleo residual o chapopote) se obtienen por destilación fraccionada o destructiva del petróleo crudo. Combustibles líquidos mexicanos Los combustibles mexicanos son de base asfáltica y presentan el inconveniente de tener alto porcentaje de azufre contenido, dándose el caso de hasta 7%. El azufre es altamente corrosivo ya que llega a deteriorar tuberías y depósitos. El asfalto Es una mezcla de materiales sólidos y semi-sólidos de color negro o marrón casi negro que se licuan gradualmente por el calor, compuestos predominantemente por bitúmenes (mezclados de hidrocarburos solubles en sulfuro de carbono). Contenido de azufre

Se encuentra en dos formas: en estado de libertad o formando compuestos orgánicos. Agua y sedimentos El agua es poco soluble en los hidrocarburos (0.005 a 0.06%) pero cuando el combustible contiene alcohol la solubilidad es mayor. El agua favorece la corrosión y los sedimentos tienden a tapar filtros y cañerías. Generalmente es aceptable hasta un 2% de agua y sedimentos como máximo. Diesel Su densidad es variable y va de 0.86 a 0.92, a mayor cantidad de hidrocarburos nafténicos, corresponde una mayor densidad, su poder calorífico va de acuerdo con su densidad, (11, 051 Kcal/kg con una densidad de 0.82). En la cámara de combustión de un motor, la temperatura aumenta de 500 a 600 °C, los cuales son necesarios para que el Diesel haga explosión. Residual El petróleo residual tiene una gran variedad de nombres, ya que es conocido como combustóleo, chapopote, etc. Densidad. Llega a tener una densidad relativa de 1.04. Combustibles gaseosos Los combustibles gaseosos más usados en calderas son: Gas natural, gas de hornos de coque, gas de altos hornos y gas pobre. (El gas LP, por su alto costos difícilmente se utiliza en calderas) Los combustibles gaseosos tienen todas las ventajas de los combustibles líquidos y menos desventajas. Únicamente para su encendido es necesario tomar mayor número de medidas de seguridad y evitar las fugas por insignificantes que sean en las tuberías. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS COMBUSTIBLES DERIVADOS DEL PETRÓLEO: DEFINICIONES Índice de octano. El índice de octano de un combustible para automóvil se define en términos de sus características antidetonantes con respecto a las de mezclas de isooctano (2,2,4-trimetil pentano)y n-heptano. Se ha asignado arbitrariamente un índice de octano de cero al n-heptano y uno de 100 al isooctano. El índice de octano de un combustible desconocido es numéricamente igual al porcentaje en volumen de isooctano en una mezclacon n-heptano, la cual tiene la misma tendencia al golpeteo (o detonancia) que el combustible desconocido cuando ambos, combustible y mezcla, hacen funcionar un motor estándar de un solo cilindro en condiciones específicas. El método del motor para medir los índices de octano se realiza en condiciones de funcionamiento del motor más severas y da valores numéricamente inferiores que los que se obtienen por el método de investigación, menos riguroso. La diferencia entre los dos valores se conoce como sensibilidad. Volatilidad de equilibrio de una gasolina. La volatilidad de una gasolina se determina por medio de la presión de vapor Reid y los datos de destilación de la ASTM. La presión de vapor Reid es la presión de vapor de una gasolina a 100 °F (37.8°C) en ciertas condiciones específicas. La curva de destilación de un combustible indica las temperaturas a las cuales las diversas cantidades de una muestra dada se destilan en condiciones de pruebas específicas. No obstante, la gasolina se evaporará completamente en presencia de aire a una temperatura inferior a la del punto final de la curva de destilación. Según O.C. Bridgeman (Nat. Bur. Stand. Res. Paper 694), la volatilidad de una gasolina es la temperatura a la cual se forma una mezcla aire-vapor específica en condiciones de equilibrio a la presión de una atmósfera, cuando se evapora un porcentaje determinado. Según esta definición, una gasolina es más volátil que otra en un porcentaje dado cualquiera si forma la mezcla de aire-vapor a una temperatura más baja. Las curvas de temperatura de destilación para una muestra de prueba cualquiera representan la cantidad de muestra destilada totalmente (en porcentaje) contra el tiempo en que se alcanza una temperatura dada. Densidad relativa. La densidad relativa de un combustible derivado del petróleo es la razón entre el peso de un volumen determinado del producto al 60 °F (15.5 °C) y el peso de un volumen igual de agua destilada a la misma temperatura, ambos pesos corregidos para tomar en cuenta la flotabilidad del aire. La relación entre la escala de densidad API y la densidad relativa está dada por

Punto de fluidez. Esta propiedad se define como la temperatura más baja a la que el combustible fluye, y depende de la composición del combustible. Normalmente el punto de fluidez de un combustible debe estar por lo menos 10 o 15 °F (5.55 o 8.33 °C) debajo de la temperatura de funcionamiento mínima prevista. El combustóleo utilizado en las calderas debe estar entre unos 90 y 110 °C para asegurar una buena fluidez. Punto de enturbiamiento. El punto de enturbiamiento de anilina es una medida de la parafinicidad de un combustóleo; un valor alto indica que se trata de un aceite parafínico de destilación directa y uno bajo indica que se trata de un aceite aromático, uno naftélnico o uno altamente desintegrado.

Punto de inflamación. La temperatura mínima a la cual ocurre ignición en la superficie de un combustible cuando se aplica una flama de prueba en condiciones específicas es una señal aproximada de la tendencia de ese combustible a vaporizarse. Punto de combustión. Es la temperatura más baja a la cual un combustible se enciende y arde por lo menos 5 segundos en condiciones de pruebas específicas. Punto de humo. La tendencia a producir humo de un combustible es indicada por el punto de humo, que es la máxima altura que alcanza un tipo específico de flama (en una lámpara de mecha con características específicas) sin emitir humo visible. Viscosidad. Esta se expresa generalmente en términos del tiempo requerido para que una cantidad dada de combustible fluya por un tubo capilar en condiciones específicas. Viscosidad cinemática µ es la viscosidad cinemática es la viscosidad dinámica entre la densidad, o sea

La unidad en el sistema cgs es el stoke. La unidad acostumbrada es el centistoke. El valor aproximado en stokes de la viscosidad cinemática puede obtenerse mediante las siguientes ecuaciones, donde t es el tiempo de efusión en segundos. Saybolt Universal, cuando 32 < t < 100 = 0.00226t – 1.95/t Saybolt Universal, cuando t > 100 = 0.0022t – 1.35/t Saybolt Furol, cuando 25 < t < 40 = 0.0224t – 1.84/t Saybolt Furol, cuando t > 40 = 0.0216t – 0.6/t Índice de cetano. El índice de cetano de un combustible es el porcentaje de volumen de cetano normal que hay en una mezcla de cetano y a-metal naftaleno, la cual iguala al combustible en calidad de ignición cuando combustible y mezcla se comparan en un motor Diesel en condiciones específicas. La escala del índice de cetano va de 0 a 100 para combustibles equivalentes en calidad de ignición al a-metal naftaleno y al cetano, respectivamente. CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES DERIVADOS DEL PETRÓLEO Puesto que los combustibles derivados del petróleo son esencialmente mezclas de varios hidrocarburos más diversos aditivos e impurezas menores, sus características de funcionamiento no se valúan con base en el análisis químico únicamente, sino que más bien se requiere una gran cantidad de pruebas y propiedades físicas como índice de octano, presión de vapor Reid, temperatura de destilación, viscosidad cinemática, densidad relativa, punto de fluidez, punto de inflamación, color y corrosividad, para describir completamente lo que podría designarse por funcionamiento efectivo de los combustibles. Además existen datos químicos específicos de importancia, en especial el contenido de azufre, plomo, fósforo, agua, sedimento y sustancias formadoras de goma. Debido a que los combustibles derivados del petróleo se refinan a partir de una amplia variedad e existencias y también a que son refinados y distribuidos por diversos concesionarios, grandes y pequeños, y a que éstos tratan de adaptar sus productos a las necesidades específicas provocadas tanto por el cambio estacional como por las condiciones topográficas y geográficas locales, sólo mediante muestreos periódicos intensivos de productos combustibles (en los que todas las zonas de consumo y grupos de usuarios estén representados proporcionalmente) puede obtenerse un promedio nacional de las propiedades de una categoría dada de combustible. Esta técnica de muestreo ha sido utilizada durante muchos años por la Dirección de Minas (Bureau of Mines) de la Secretaría del Interior (del gobierno de los Estados Unidos) y el API en cooperación. Los informes anuales al respecto son publicados por la Dirección de Minas. De tiempo en tiempo instituciones privadas realizan otras investigaciones. A continuación se describirán brevemente 4 categorías principales de combustible derivados del petróleo: 1) gasolinas para automóviles, 2) combustibles Diesel, 3) combustibles para turbinas de avión y 4) combustóleos para quemadores. Gasolinas para automóviles En los primeros días del transporte automovilístico, la gasolina era una mezcla relativamente simple de fracciones de petróleos derivadas de crudos sometidos a destilación directa y pirólisis. En contraste, el combustible moderno es una mezcla compleja de combinaciones derivadas de desintegración catalítica, alquilación, reforma catalítica, polimerizaciones, isomerizaciones e hidrólisis, mas pequeñas cantidades de aditivos destinadas a mejorar aún más la eficiencia total y la confiabilidad del motor de combustión interna. De 1925 a 1950 hubo un aumento gradual pero constante en el índice de compresión. Con este aumento en el índice de compresión se pretendió mejorar el funcionamiento y la eficiencia totales del motor. Su efecto en la composición del combustible fue directo, ya que un aumento en el índice de compresión requiere un aumento en el índice de octano del combustible para evitar el golpeteo o detonación. El índice octánico se logró en parte con la adición de alquilos de plomo, pero principalmente por medio de cambios en los procesos de refinación del petróleo. Sin estas modificaciones, la cantidad de gasolina que podría obtenerse de un barril de crudo se hubiera reducido notablemente.

Durante las décadas de 1950 y 1960 también se realizaron otros cambios en la gasolina de automóvil para alcanzar los objetivos de mayor eficiencia y seguridad. Se produjeron aditivos que ayudaron a minimizar problemas como congelación y acumulación de suciedad en el carburador, depositación de material en válvulas y otros sitios del motor, ensuciamiento de bujías, corrosión en el sistema de combustible y distribución deficiente de éste. Todos estos factores han contribuido a crear las modernas fórmulas de gasolina, altamente complejas. Desde principios de la década de 1960, los problemas ecológicos también entraron en el panorama de la gasolina. Cuando se quema gasolina en un motor de combustión interna, pequeñas cantidades de monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno se forman y escapan a la atmósfera, así como algunos hidrocarburos no quemados. Los principales productos de la combustión, po supuesto, son dióxido de carbono y agua. Cuando los problemas de la contaminación atmosférica, el aumento en la demanda y el descenso en la eficiencia de los combustibles convergieron aproximadamente al mismo tiempo, la frecuencia de los descubrimientos de nuevas fuentes ordinarias de petróleo comenzó a disminuir. Calidad antidetonante de la gasolina. Con la tendencia a largo plazo hacia la utilización más eficiente de los combustibles en la ignición por chispa, los índices de compresión alcanzaron un pico en el período de 1965-1970. En 1971 y 1972 ocurrió un agudo descenso en el índice de compresión de los motores de los vehículos para pasajeros en Estados Unidos. Este descenso se hizo para permitir que los motoes funcionaran con gasolinas sin plomo de un cierto octanaje, que podrían ser producidas por las refinerías de petróleo en volúmenes razonablemente grandes. Se calculó que esta calidad era de 91 en la escala RON (Research Octane Number o índice de octano en investigación) y de 83 en la MON (Motor Octane Number o índice de octano en automotores). Niveles de alquilo de plomo y otros venenos de los catalizadores. Además de la evidente necesidad de gasolina sin plomo y con reactivos catalíticos sensibles a dicho metal para los nuevos autos, hay el objetivo de reducir las emisiones de partículas de plomo por los motores de automóvil. Otros dos elementos los cuales se cree que hacen venenosos los catalizadores son fósforo y azufre. En el pasado, los aditivos de fósforo fueron beneficiosos para el funcionamiento de los motores de gasolina. Los niveles de azufre en la gasolina son ya bajos y siguen declinando lentamente. Rendimiento de la gasolina. Los límites cada vez más bajos impuestos a la emisión de hidrocarburos, monóxido de carbono y óxido de nitrógeno de los escapes de los automóviles tienen un efecto significativo sobre el rendimiento de la gasolina con respecto al de autos anteriores a 1970 por varias razones: 1) Un descenso en los índices de compresión reduce el rendimiento de la gasolina y la potencia. 2) Un aumento en el tamaño del motor o en las relaciones de engranaje (para recuperar la potencia perdida por un descenso en los índices de compresión) reduce el rendimiento de la gasolina. 3) La recirculación del gas de escape para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno disminuye el rendimiento de la gasolina. 4) El funcionamiento del motor en posiciones de avance de encendido no óptimas para reducir las emisiones disminuye el rendimiento de la gasolina. Aditivos Estos son ingredientes que se añaden en concentraciones que varían de unas cuantas a varios cientos de partes por millón (ppm), y muchos han llegado a ser componentes esenciales de las gasolinas modernas. Actualmente, los aditivos para gasolina deben ser registrados ante las autoridades encargadas de los problemas de contaminación del aire. Los fabricantes y usuarios deben proporcionar a las autoridades información acerca de funcionamiento, composición química, dosificación recomendada y productos de emisión de los aditivos que se registran. Los aditivos para gasolina se clasifican en la tabla 3 según su tipo y funcionamiento. El número tipo y cantidad de cada aditivo variará entre comerciantes de gasolina individuales. En algunos casos varias funciones pueden combinarse en un compuesto químico para obtener aditivos “multifuncionales”. El control cada vez más estricto de las emisiones de los automóviles ha estimulado el desarrollo y empleo de detergentes de “amplio intervalo”, los cuales son diseñados para favorecer el rendimiento máximo del motor manteniéndolo limpio. TABLA 3. Aditivos de la gasolina automotriz y sus funciones Aditivo Función Compuestos antidetonantes Elevar el índice de octano Barredores Eliminar los productos de combustión de los compuestos antidetonantes Modificadores de los depósitos de la cámara de combustión

Suprimir el asolvamiento y la ignición en la superficie de las bujías Antioxidantes Dar estabilidad en el almacenamiento Desactivadores de metales Dar estabilidad adicional en el almacenamiento Agentes antiherrumbre Evitar el herrumbre en los sistemas que entran en contacto con la

gasolina Agentes anticongelantes Evitar el congelamiento en el sistema de gasolina Detergentes Mantener limpio el sistema de inyección Lubricantes de la cabeza de los cilindros Lubricar el área de la cabeza de los cilindros y evitar la formación de

depósitos en el sistema de admisión Colorantes Indicar la presencia de compuestos antidetonantes, así como identificar

los fabricantes y tipos de gasolina Combustibles diesel Las categorías del Diesel son:

Tipo C-B: aceites combustibles Diesel para autobuses urbanos y similares. Tipo T-T: combustibles para motores Diesel de autotransportes pesados, tractores y similares. Tipo R-R: combustibles para motores Diesel de ferrocarril. Tipo S-M, combustibles destilados pesados y residuales para motores Diesel estacionarios pesados y marinos. Aunque la composición del combustible Diesel ha evolucionado desde el principio de la década de 1960, el efecto neto no ha dado por resultado una mejora notable de los niveles de funcionamiento. Los principales factores del funcionamiento del combustible Diesel son contenido de azufre, índice de cetano, viscosidad, volatilidad y punto de fluidez. Las alternativas de utilización de las existencias de los destilados para mezcla ya sea en otros combustibles o como materiales de proceso han provocado cambios recientes en las propiedades del combustible Diesel. Por ejemplo, el rápido incremento del consumo de combustible para aviones a reacción comerciales ha causado una reducción significativa en la disponibilidad de los componentes más volátiles de la destilación directa. Así, la fracción pirolizada de combustible Diesel continúa incrementándose. La hidrogenación de las existencias pirolizadas reduce el contenido de azufre, mejora la estabilidad y eleva a niveles satisfactorios el rendimiento de componentes bastante deficientes. La mayoría de las propiedades se ha mejorado, pero el índice de cetano declina lentamente. La mayor parte de los motores Diesel para autotransportes pesados puede funcionar satisfactoriamente con los combustibles para vehículos pesados y tractores de que se dispone comúnmente. Sin embargo, en esta clasificación es posible colocar una amplia variedad de combustibles, y la variabilidad dentro de la clasificación puede tener un marcado efecto en el funcionamiento de un motor dado. Se está tomando muy en cuenta el mejoramiento de la calidad del aire al realizar cambios en el diseño de los motores tendentes a reducir las emisiones de escape. Factores que ya eran importantes, como aumento de potencia y mayor economía de combustible, están resultando aún más importantes para reducir las emisiones de humo, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono e hidrocarburos. Las modificaciones a motores propuestas para reducir las emisiones de escape probablemente motivarán un estrechamiento del intervalo de especificaciones del combustible en lo que respecta a índice de cetano y volatilidad. La calidad de los combustibles para ferrocarril no ha cambiado significativamente con los años. Algunos ferrocarriles funcionan con combustibles de tipo económico especiales que tienen una volatilidad mucho más amplia e índices de cetano menores, y que siempre contienen grandes porcentajes de fracciones pirolizadas. Los grandes motores Diesel para ferrocarril son menos sensibles a las propiedades del combustible que los destinados a autotransportes pesados o tractores, y pueden funcionar satisfactoriamente con combustibles que cumplen menos estrictamente las especificaciones. Del total de ventas de aceite combustible Diesel en E.U., cerca del 75% se destina al transporte. Los vehículos para transporte pesado y autobuses consumen alrededor del 45%, los ferrocarriles un 25%, y las diversas aplicaciones marinas alrededor del 5%. Las plantas industriales, los servicios y el consumo para fines militares representan el resto. Como en el caso de las gasolinas, el empleo de aditivos se ha hecho muy común en los combustibles Diesel. Las sustancias que mejoran el índice de cetano, principalmente nitratos de alquilo, mejoran también la calidad de la ignición. Esta última influye en la facilidad de encendido y en la suavidad de marcha. Se emplean diversos aditivos para mejorar la estabilidad en condiciones de almacenamiento y permitir el empleo de fracciones que de todos modos serían indeseables. Como detergentes y dispersantes se han utilizado aditivos poliméricos y de otros tipos. Los detergentes tienen la capacidad de mantener las toberas de inyección de combustible limpias e incrementar así notablemente el tiempo de vida del filtro de combustible; muchos combustibles Diesel también contienen agentes que evitan la formación de herrumbre. La gran demanda de combustibles Diesel para aviones de propulsión a chorro ha hecho difícil obtener características adecuadas de flujo a baja temperatura por selección de fracciones base. Esto ha incrementado el empleo de aditivos depresores del punto de fluidez. Varias de estas sustancias, tanto poliméricas como no poliméricas, tienen la capacidad de reducir los puntos de fluidez, causando una mejora sustancial en el flujo a través de los sistemas de distribución y envío por tubería. Sin embargo, su efecto sobre el punto de oscuridad (la primera aparición de cristales de cera que pueden causar taponamiento del filtro en condiciones frías) es pequeño. Para permitir el empleo de depresores del punto de fluidez se han hecho modificaciones al sistema de combustibles tales como el montaje de filtros en localidades cálidas o la instalación de calentadores del filtro. Los reglamentos sobre emisión de humo han hecho que los transportistas de carga investiguen los aditivos antihumo. Los más funcionales de éstos son compuestos orgánicos de bario, que son efectivos a concentraciones de aproximadamente 1,000 ppm. El empleo de concentraciones efectivas del aditivo a base de bario es costoso, y la ceniza formada por las sales de bario ha causado problemas en algunos motores. Por tanto, los fabricantes generalmente no agregan aditivos antihumo a los combustibles Diesel. Otros dos tipos de aditivos que salen de la etapa de desarrollo son los biocidas (bioinhibidores o esterilizadores), que evitan el ataque de bacterias al combustible, y los agentes enmascaradores que mejoran el olor de los humos de escape de los autobuses urbanos. Combustibles para aviones La Dirección de Minas de Estados Unidos publicó desde 1951 informes de investigación sobre los combustibles empleados en la navegación aérea de ese país. El primero de dichos informes se refiere a 1950. Una vez más hay un acuerdo cooperativo entre la Dirección de Minas y el API para la recolección y clasificación de los datos. Gasolinas para aviones El control de calidad para la gasolina empleada en aviación es todavía más crítico que el que se aplica para la gasolina automotriz, por razones obvias de seguridad. El control antidetonante es en especial crítico debido a que, a diferencia del conductor de un vehículo terrestre, un aviador no puede escuchar el golpeteo de un motor a ese nivel de ruido ambiental. Volatilidad, punto de fluidez, calor de combustión y estabilidad a la oxidación son características de importancia para el usuario de gasolina para aviones. Las técnicas de

control de calidad y el estrecho control del procesamiento han convertido a la gasolina para aviones en un producto de calidad confiable en las refinerías. Las gasolinas para aviones contienen hasta 4.6 mililitros de tetraetilo de plomo por galón. Se añade dibromuro de etileno para barrer (expulsar) el plomo, y se ha encontrado que en condiciones de transporte aéreo de grandes cargas este compuesto es más efectivo que las mezclas barredoras de cloruro/bromo empleadas en las gasolinas para automotores. En las gasolinas para aviones no se utilizan otros alquilos de plomo, como son los compuestos tetrametilo de plomo o metiletilo de plomo. Algunos hidrocarburos constituyentes de la gasolina para aviones tienden a oxidarse durante el almacenaje a temperatura ambiente. Los productos de la oxidación, gomas solubles e insolubles en el combustible, interfieren con la medición de la cantidad de combustible que entra al motor y deben ser eliminados. Se han encontrado que ciertos compuestos químicos fenólicos y aminas son efectivos para este fin. Combustibles para aviones a reacción. En el principio del desarrollo de la aviación por propulsión a chorro (o a reacción) en Estados Unidos, uno de los combustibles empleados fue el queroseno comercial. La elección de este combustible y no de la gasolina se basó en su baja volatilidad, que evitaba la formación de bolsas de vapor en ciertas condiciones de vuelo, y en su disponibilidad como producto comercial de características uniformes. El JP-1 (Jet Propeller 1), primer combustible para aviones a reacción militares, era queroseno altamente refinado y con un punto de fluidez muy bajo (-60 °C). El queroseno proveniente de crudos selectos ricos en naftenos era el único combustible que tenía este bajo punto de fluidez. Al incrementarse la demanda de dicho combustible, la Military Petroleum Advisory Board recomendó el desarrollo de un combustible para aviones a reacción de uso militar que tuviera mayor disponibilidad en tiempos de guerra que el JP-1 o la gasolina para aviones. El segundo prospecto de combustible para aviones a reacción fue el JP-2, pero éste no tuvo la disponibilidad deseada. El JP-3 fue otra posibilidad, que cubría el intervalo total de ebullición del queroseno y la gasolina. Un programa cooperativo de prueba demostró que la alta presión de vapor del JP-3 (con una presión de vapor Reid de 5 a 7 libras) causaba su vaporización durante el ascenso. Además, algunos otros combustibles formaban excesiva espuma durante la vaporización, de modo que había pérdidas muy grandes de líquido, que escapaba con los vapores expulsados. Para eliminar las desventajas del JP-3, la presión de vapor Reid fue reducida a 2 y 3 libras, y en 1951 se creó el JP-4. Este combustible era una mezcla de 25 a 35% de componentes de queroseno y 65 a 75% de gasolina, y dio resultados satisfactorios para los fines militares. Un importante combustible para turbina utilizado por la armada, desarrollado para emplearse en transportes de carga aéreos durante la guerra de Corea, era una mezcla de un queroseno especial y gasolina para aviones. Este combustible era almacenado en la zona central de los transportes aéreos para minimizar la posibilidad de peligrosas fugas en caso de daños en combate. Sin embargo, el espacio era limitado para dicho almacenamiento. Esto contribuyó al desarrollo del combustible JP-5 para transportes aéreos, que era un queroseno especial con un punto de inflamación de 60 °C. Debido a su baja volatilidad, podía ser almacenado sin riesgo en tanques al exterior o en transportes. Cuando el JP-5 se mezcló con gasolina para aviones, se produjo un combustible similar al JP-4. Posteriormente la armada eliminó el empleo de la mezcla con gasolina y utilizó el JP-5 solo. Los combustibles empleados en los aviones a reacción de las líneas aéreas comerciales de Estados Unidos caen dentro del marco general de combustibles para aviones a reacción A, A-1, y B de la ASTM. Los combustibles A y A-1 son del tipo del queroseno. El B corresponde al combustible militar JP-4. El volumen de demanda de A y A-1 es grande y el de B es pequeño. El combustible de los aviones a reacción cumple un doble propósito. Proporciona la energía necesaria y enfría el aceite lubricante y otros componentes de los aviones. La exposición del combustible a altas temperaturas puede motivar que se formen sustancias de oxidación (gomas), que reducen la eficiencia de los intercambios de calor y taponan los filtros y válvulas de los sistemas que entran en contacto con el combustible. Estabilidad térmica es la resistencia a la formación de gomas a altas temperaturas. El JP-4, el JP-5 y los combustibles comerciales equivalentes tienen estabilidad térmica satisfactoria para el funcionamiento de las aeronaves a velocidades de hasta Mach 2.0. En los aviones que en el futuro operen a velocidades superiores, el combustible estará expuesto a mayores esfuerzos térmicos y, por tanto, se requerirán combustibles más estables. El desarrollo de aviones de propulsión a chorro por turbina (turbojets) Mach 3-4, de estatorreactores Mach 6+ y de cohetes que utilizarán hidrocarburos como combustible implicará mayores problemas respecto a las características de estabilidad de este último. El empleo de aditivos representa un método atractivo para mejorar la calidad del combustible para aviones de propulsión a chorro. Entre las aplicaciones comunes de los aditivos se incluyen las siguientes: Antioxidantes. Algunos combustibles para aviones a reacción pueden oxidarse durante el almacenamiento a temperatura ambiente y formar gomas solubles e insolubles en ellos. Estos productos de oxidación suelen causar taponamientos de los filtros de los sistemas de distribución del combustible o carbonización de las toberas de los quemadores del motor en los aviones. Los mismos antioxidantes del combustible aprobados para aviones a gasolina se utilizan en los aviones a reacción. Desactivador de cobre. Trazas de cobre disueltas en el combustible para aviones de propulsión a chorro aceleran la oxidación de la forma antes descrita. Un agente que quelatiza el cobre, el N, N-disalicilideno-1, 20-propanodiamina, ha sido aprobado como aditivo para el combustible empleado en aviones a reacción a fin de desactivar los efectos oxidantes del cobre. Inhibidores de la corrosión. Los inhibidores de la corrosión solubles en el combustible tienen aprobación específica limitada para emplearse en aviones a reacción. Dichos inhibidores se agregan para proteger las tuberías contra la corrosión por agua que queda atrapada y para reducir así indirectamente la contaminación del combustible con herrumbre. Aditivo anticongelante. El principal peligro debido a la presencia de agua libre en los combustibles para aviones a reacción es el taponamiento por hielo de las líneas y filtros de combustible durante el vuelo. En la aviación civil se utilizan calentadores para el combustible a fin de evitar la formación de hielo; en la militar se adoptó el método de añadir 0.1 a 0.5 % de un inhibidor antihielo que consiste en una mezcla de 99.6% en peso de etilenglicol monometil éter y 0.4% en peso de glicerol. Este aditivo tiene la característica adicional de presentar propiedades biocidas. A las temperaturas de fluidez ya mencionadas, el agua líquida puede

provocar funcionamiento irregular de los medidores de combustible eléctricos y proporciona un medio ambiente propicio para el crecimiento de bacterias y hongos. Ahora se ha eliminado el glicerol del anticongelante. Aditivo antiestático. El flujo a alta velocidad (600 a 800 galones por minuto) por las líneas de abastecimiento, filtros y válvulas genera cargas electrostáticas en los combustibles para aviones a reacción. Las diferencias de potencial electrostático entre las paredes del tanque de combustible y este último pueden provocar chispas en los espacios de vapor en el tanque. Investigaciones intensivas han demostrado que los aditivos que disminuyen la resistividad del combustible pueden reducir el peligro de la electrostática. Contaminantes. Existen varias circunstancias en que el combustible para aviones a reacción puede adquirir trazas de contaminantes durante el manejo y envío. Las partículas sólidas y el agua libre pueden eliminarse por sedimentación o filtrado. Generalmente es deseable la eliminación de sólidos de hasta 5 micras para evitar el taponamiento de los filtros de las válvulas de regulación y las toberas de los quemadores. La presencia de agentes de superficie (tensoactivos) en los combustibles para aviones a reacción es muy indeseable debido a que favorece la formación de emulsiones agua-combustible y reduce la eficiencia de filtros y coalescedores. Los agentes tensoactivos producidos por operaciones de refinación son eliminados por neutralización, lavado con agua, tratamiento con arcilla, filtración o sedimentación. Los aditivos polares que se añaden al combustible para aviones a reacción se eligen con base en sus propiedades tensoactivas mínimas. Combustible para el futuro. La selección adecuada de materiales estructurales y el diseño de los aviones pueden permitir el empleo de combustibles ordinarios a base de hidrocarburos a velocidades de vuelo cercanas a Mach 4. Para velocidades mayores se requerirá mayor capacidad de eliminación de calor que la que normalmente poseen los combustibles en estado líquido. La vaporización del combustible puede incrementar la capacidad total de eliminación de calor en un 25%. Una alternativa prometedora es permitir que combustibles endotérmicos sufran una pirólisis ligera, proceso que puede absorber un calor varias veces mayor que el que absorbería el estado líquido solo. Los combustibles criogénicos (hidrógeno, metano y propano líquidos) también representan un método atractivo de enfriamiento en aviación, aunque estos combustibles tienen la desventaja de poseer un contenido de energía por unidad de volumen bajo. La operación a alta velocidad y baja altura de aviones impulsados por estatorreactores requiere de un combustible con alto contenido volumétrico de calor. La fuerza aérea (Air Force) de Estados Unidos ha sido persuadida para desarrollar combustibles en suspensión enlos cuales se hace arder metales para aprovechar el alto calor de formación de los óxidos metálicos. Se sigue investigando el desarrollo de combustibles con mayor contenido posible de metal y la superación de problemas tales como abrasividad, baja inyectabilidad y baja eficiencia de combustión. Otra área prometedora son los combustibles de alta densidad (hidrocarburos aromáticos y policíclicos condensados). Una sustancia adecuada tendría un valor de calentamiento de aproximadamente 150,000 Btu por galón o más, y un punto de fluidez de –45 °C o menos. Combustóleos La primera investigacióbn anual sobre combustóleos para fines distintos de los ya mencionados fue hecha y dada a conocer en 1955 por la Dirección de Minas y API. El trabajo se inició a petición del National Oil Fuel Institute, Inc. , para obtener datos acerca de las características de los combustibles de este tipo existentes en el mercado en E.U. Los resultados analíticos son utilizados por los fabricantes de artefactos que funcionan con estos combustibles, consumidores y varias agencias gubernamentales. Aceite para calefacción doméstica. El aceite para calefacción doméstica debe ser un producto limpio y no formar sedimentos cuando se le almacene, ni dejar una cantidad observable de ceniza u otros depósitos al quemarse. Debido a que suele almacenársele a bajas temperaturas, debe ser líquido a las condiciones de almacenamiento. La composición química del producto debe controlarse para contribuir a la reducción de las emisiones de humo. El contenido de azufre, alguna vez no considerado un mayor problema, es ahora muy importante. Combustóleo grado 2 es la designación dada al aceite para calefacción empleado más comúnmente con el fin de calentar espacios domésticos y comerciales pequeños. Este es un producto destilado, normalmente fraccionado a un intervalo de ebullición de entre 177 a 343 °C. Originalmente, el aceite para calefacción grado 2 se componía de productos de destilación directa seleccionados, mezclados para satisfacer los estándares del producto. La sustancia resultante tenía buena estabilidad y su funcionamiento era muy satisfactorio. Al requerirse que la industria de la refinación fabricara mayores cantidades de gasolina automotriz con mayores niveles de octano, se desarrollaron procesos de desintegración para convertir gasóleos vírgenes en productos con puntos de ebullición más bajos. Esto requería el empleo de cantidades crecientes de gasóleos desintegrados tanto catalítica como térmicamente en mezclas de aceites para calefacción terminados. La mezcla de aceites para calefacción se hizo más compleja para mantener un nivel de calidad satisfactorio sin hacer un excesivo gasto en el tratamiento. La industria trabajó en diversas direcciones para corregir los problemas de calidad asociados con el uso extensivo de destilados sometidos a desintegración. Nuevos procesos de tratamiento, modificaciones a los calentadores y desarrollo de aditivos progresaron juntos. También se crearon aditivos para mejorar la estabilidad. Se desarrollaron procesos de lavado cáustico como una mejora a los de lavado de ácido. A principios de la década de los 50 , la reforma a la gasolina de destilación directa se generalizó. Este proceso hizo disponibles grandes volúmenes de hidrógeno, cuya producción anteriormente era costosa. Una vez disponible dicho gas, se le empleó en el tratamiento catalítico para mejorar aún más la calidad de los combustóleos. El principal objetivo del tratamiento con hidrógeno es mejorar la calidad de los combustóleos mediante la reducción de la cantidad de azufre y la eliminación de los compuestos de nitrógeno que existen en cantidades pequeñas pero objetables. El tratamiento también reduce los residuos de carbono, mejora las características de quemado y reduce la tendencia a la sedimentación. La eliminación del azufre es completa en un 70 a 80%, pero puede ser tan alta como 90 a 95% si se requiere. Los residuos de carbono de las colas de la destilación, que suelen ser del 10% se reducen a menos del 0.1%. Combustibles residuales.

Grados 4, 5 y 6 son las designaciones dadas a los combustibles más comúnmente empleados para fines comerciales, industriales y marinos y otros que implican mayores instalaciones que las utilizadas en el hogar y establecimientos comerciales pequeños. Típicamente, estos combustibles proporcionan vapor y calor para la industria y grandes edificios, generan electricidad compitiendo con el gas y el carbón, e impulsan barcos. La mayor parte de los usuarios de combustibles residuales ha adaptado su equipo para que funcione con combustible grado 6, de mayor viscosidad, que es más barato debido a que requiere menos cantidad de las fracciones “rebajadoras” destiladas, las cuales pueden ser convertidas más fácilmente en gasolina. En la industria naviera, los combustibles para buques pesados se conocen como tipo C para buques (Bunker C) y generalmente corresponden al combustóleo grado 6. El usuario individual más grande de combustibles residuales es la industria generadora de energía eléctrica, que consume alrededor del 40% del combustible residual disponible. Debido a que en términos de contaminación atmosférica, los combustibles residuales tienen ventaja sobre el carbón, este segmento de la demanda del mercado ha sido el de más rápido crecimiento en los últimos años, al extremo de crear un cierto grado de desequilibrio en el panorama de la oferta y la demanda. La demanda que haya en el futuro de combustóleos con bajo contenido de azufre puede satisfacerse en teoría, pero cada estrategia tiene sus propios inconvenientes. El aumento de la capacidad desulfuradora de los equipos de refinación implica la necesidad de un tiempo considerable, y la desulfuración de los combustóleos, especialmente los de grado más pesados, es un proceso caro. Las alternativas de elegir crudos con bajo contenido de azufre o importar grandes cantidades de combustibles residuales con esta característica ya no son prácticas debido a lo limitado de las existencias. Por su naturaleza, los combustibles residuales tienen puntos de ebullición altos y contienen fracciones difíciles de quemar rápidamente en condiciones “frías”. Por ello dichos combustibles generalmente son quemados en equipo que permite una operación relativamente uniforme en un ambiente en el que las temperaturas de la caldera suelen ser altas. Debido a que los combustibles residuales compiten directamente con otros combustibles en muchas áreas, su precio debe ser competitivo. Es por esto que no ha sido económicamente práctico mejorar la calidad de los combustibles residuales a los niveles que en teoría resulta posible. El aumento constante en el uso de la desintegración catalítica desde mediados de la década de los 60 ha tenido el efecto de reducir el rendimiento de los combustibles residuales al ir cambiando su composición. Al incluirse en la desintegración catalítica sustancias de punto de ebullición más elevado, el aceite excedente que se vendía como combustible residual se hizo más pesado. Una práctica común en la industria fue mezclar estas fracciones con un destilado para disminuir su viscosidad. El trabajo posterior en este campo llevó al empleo de la pirólisis ligera de las colas de destilación al vacío, para obtener una pequeña cantidad adicional de producto de destilado y reducir la viscosidad de la cola restante. Dicha cola requiere de una menor cantidad de una fracción rebajadora destilada para producir un combustóleo residual comercial. Este modesto avance se realizó antes de la segunda guerra mundial y se conoció como fraccionamiento de la viscosidad o desintegración suave. Casi todos los avances en materia de tecnología de los combustibles residuales desde la segunda guerra mundial han propiciado mejoras en su empleo más que en la calidad del aceite. La industria del petróleo y los fabricantes de calderas han aumentado sus esfuerzos en las áreas de desulfuración del combustóleo y los gases de la combustión y de reducción del contenido de metales del combustóleo. Se ha desarrollado una gran cantidad de aditivos para reducir el taponamiento, la formación de depósitos y la corrosión causados por combustóleo residual, y para aumentar la eficiencia de la combustión.

Fórmula Peso molecular

densidad kg/m³

volumen específico m/kg

Poder calorífico alto Kcal/m

Poder calorífico bajo Kcal/m

Poder calorífico alto Kcal/kg

Poder calorífico bajo Kcal/kg

SUSTANCIAS COMBUSTIBLES COMUNES Carbono C 12.01 7,823 7,823 Hidrógeno H2 2.016 0.085 11.768 2,892 2,447 33,912 28,654 Oxígeno O2 32 1.356 0.737 Nitrógeno (atm) N2 28.01 1.193 0.838 Monóxido de carbono CO 28.01 1.186 0.843 2,856 2,856 2,856 2,413 Dióxido de carbono CO2 44.01 1.876 0.533 ALCANOS O PARAFINAS Metano CH4 16.04 0.681 1.468 9,005 8,106 13,252 11,931 Etano C2H6 30.07 1.287 0.777 15,777 14,433 12,391 11,333

Propano C3H8 44.09 1.918 0.522 22,459 20,662 12,028 11,066 n-Butano C4H10 58.12 2.536 0.394 29,106 26,855 11,835 10,923 Isobutano C4H10 58.12 2.536 0.394 29,017 26,775 11,807 10,895 n-Pentano C5H12 72.15 3.053 0.328 35,771 33,075 11,709 10,828 Isopentano C5H12 72.15 3.053 0.328 35,691 32,995 11,683 10,801 Neopentano C5H12 72.15 3.053 0.328 35,540 32,853 11,644 10,763 n-Exano C6H14 86.17 3.646 0.274 42,427 39,286 11,638 10,777 ALQUENOS U OLEFINAS Etileno C2H4 28.05 1.190 0.841 14,273 13,374 12,009 11,504 Propileno C3H6 42.08 1.780 0.562 20,822 19,470 11,683 10,928 n-Buteno C4H8 56.1 2.373 0.421 27,442 25,672 11,575 10,820 Isobuteno C4H8 56.1 2.373 0.421 27,309 25,520 11,510 10,755 n-Penteno C5H10 70.13 2.969 0.337 34,143 31,900 11,501 10,746 BENCENOIDES O AROMÁTICOS

Benceno C6H6 78.11 3.303 0.303 33,386 32,043 10,093 9,687 Tolueno C7H8 92.13 3.898 0.257 39,918 38,129 10,269 9,809 Xileno C8H10 106.16 4.494 0.223 46,538 44,314 10,352 9,858 OTROS GASES O VAPORES Acetileno C2H2 26.04 1.117 0.895 13,143 12,689 11,935 11,528 Naftaleno C10H8 128.16 5.426 0.184 52,091 50,311 9,604 9,274 Alcohol metílico CH3OH 32.04 1.356 0.737 868 7,724 6,825 5,694 Alcohol etílico CH3OH 46.07 1.950 0.513 1,600 14,237 12,894 7,305 Amoniaco C2H5OH 17.03 0.731 1.368 3,924 3,239 5,366 4,432 Azufre S 32.06 2,209 2,209 Sulfuro de hidrógeno H2S 34.08 1.461 0.685 646 5,748 5,294 3,939 Dióxido de azufre SO2 64.06 2.778 0.360 Vapor de agua H20 18.02 0.763 1.310 Aire 1.228 0.814